[发明专利]一种高致密度的近净成形钛合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种高致密度的近净成形钛合金零部件的制备方法，所述方法包括原料调配、粉末成形和脱脂烧结三个步骤。本方法调配超细钛粉或超细钛合金粉、微细钛粉或微细钛合金粉和钛锡合金粉，其既利用了超细粉末高的烧结活性，又利用了微细粉末低的间隙含量，同时又通过添加钛锡合金粉末引入低熔点的锡元素进而促进烧结致密化，同时避免了单独加入锡粉带来的元素偏析等问题，最终使本发明制备方法制备的钛合金零部件具有很高的致密度(≥99.5％)，进而拥有优异的力学性能。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，特别涉及一种高致密度的近净成形钛合金零部件的制备方法，且还涉及所述制备方法制备的高致密度的近净成形钛合金零部件。

背景技术

钛和钛合金由于密度低、比强度高、耐腐蚀、中温性能好、无磁性、透声、抗冲击震动、膨胀系数小、生物相容性好等优点，而被广泛应用于航空航天、海洋工程、武器装备、生物医疗、石油化工、汽车工业等领域，是一类重要的金属材料。目前，在传统的金属钛合金零部件制造行业，其主要通过铸造、锻造和粉末冶金工艺进行制造，但各方法均存在各种缺陷，其中，对于铸造工艺而言，由于钛合金液体活性非常大，从而使钛合金熔化和铸造用的模具材料的成本都很高进而致使铸造工艺制备的铸件成本很高，且同时由于铸造缺陷和铸造凝固组织粗大而导致所铸造的零部件的力学性能达不到要求；对于锻造工艺而言，由于金属固态流动范围的限制以及去除表面氧含量超标的脆性α层的需要而导致其制造出的零部件毛坯与最终零部件的尺寸和形状相差很多，进而致使通常超过50％的材料要通过机加工去除，材料利用率低；对于粉末冶金，目前传统粉末冶金工艺做出的零部件的力学性能达不到铸造工艺制备的钛合金零部件的力学性能，且由于粉末的流动性有限，传统粉末模压烧结工艺制造出的零部件形状都比较简单或对称度不较高。故而，目前传统钛合金零部件由于成本较高而限制了其在各个领域了广泛应用。结合国内外研究进展，研发低成本钛合金近净成形技术成为促进钛工业地快速发展的重要方向之一。

然而，钛合金由于高的活性和低的扩散系统，导致其一直存在高氧含量和低烧结密度的问题。为了提高钛合金的烧结致密度通常需要采用热等静压、加压烧结等加压烧结方式进行，但是成本偏高，不利于实现工业化生产。此外，通过提高烧结温度也可以提高钛合金的烧结致密度，但是往往导致晶粒过分长大，影响材料的塑性。而当采用超细粉末时，虽然有利于实现钛合金的烧结致密化，但是由于超细粉末的活性大，进而导致氧含量过高。因此，一直存在无法兼顾钛合金低氧含量和高致密度的问题。

CN 111763842 A公开了一种低氧粉末冶金TiAl合金制件及其制备方法，该制备方法采用低温破碎方式，实现了中间合金微细粉末的制备，并且通过Al-Ti合金引入铝元素降低了单质Ti粉及Al粉间产生的柯肯达尔孔洞，增加了烧结致密度，同时降低了由单质Al粉表面钝化膜引入的氧元素。虽然该专利申请既降低了氧含量又提高了烧结致密度，但是其先后采用低温破碎；成形；真空烧结和无包套热等静压处理，这些处理过程很显然使钛合金零件的成分较高，无法实现大规模工业化生产。

CN 111203531 A教导了一种高致密Ti-Nb-Mo系合金的粉末冶金常压多步烧结方法，其通过程序升温的方式在常压下进行多步烧结，在烧结的不同升温阶段采用不同的保护气氛和气体流速，从而使烧结后的钛合金致密度高，组织和性能均匀一致。具体的，在较低温度下通入流动氢气，能够进入Ti-Nb-Mo基体并与氧气结合，降低基体中的氧含量。然而，很明显，该专利申请需要多次烧结且不同次的烧结采用不同的保护气氛，可见，控制过程复杂，且会使零部件生产成本提高。

综上所述，如何低成本且简便地获得一种高致密度钛合金零部件对于钛合金的广泛应用而言意义重大。

发明内容

本发明为解决现有技术中钛合金零部件制造过程的缺陷，而提供了一种高致密度的近净成形钛合金零部件的制备方法，该方法既利用了超细粉末高的烧结活性，又利用了微细粉末低的间隙含量，同时又利用了低熔点锡元素促进烧结致密化的作用，从而使通过本发明制备方法获得的的钛合金零部件的致密度≥99.5％，且直接省去了传统的热等静压、热压烧结等工艺，进而大幅度降低生产成本，从而有利于实现钛合金零部件的工业化生产。